Cryo Avancée -EM expose la structure du complexe de duplication de l’ARN viral dans les détails « Changeant la Donne »
Pour la toute première fois, des chercheurs du Morgridge Institute for Research ont créé des images à résolution quasi atomique d’une protéine importante virale saine compliquée responsable de la réplication du génome à ARN d’un membre des virus à ARN à brin positif, la classe massive d’infections qui comprend les coronavirus ainsi que de nombreux autres microorganismes.
Les résultats doivent aider au développement de nouveaux types d’antiviraux et fournir des informations mécaniques sur le processus de vie du virus.
« La capacité qui progresse rapidement d’imaginer de tels cadres vitaux change la donne », déclare Paul Ahlquist, superviseur de la John W. et Jeanne M. Rowe Facility for Virology Research à l’Institut Morgridge et professeur d’oncologie et de virologie moléculaire au Collège. du Wisconsin-Madison. Divers autres auteurs de la recherche comprenaient Nuruddin Unchwaniwala, Hong Zhan, Janice Pennington, Mark Horswill et Johan den Boon.
Ils utilisaient une stratégie avancée appelée tomographie par lentille microscopique cryoélectronique (cryo-EM); Ahlquist et son équipe se sont appuyés sur leurs travaux antérieurs, qui avaient révélé la présence de cette duplication d’ARN virale en forme de couronne compliquée.
La toute nouvelle recherche, publiée le 20 juillet dans le cadre du processus de l’Académie nationale des sciences (PNAS), révèle l’installation de la couronne de réplication à une résolution améliorée d’environ 8,5 angströms, ce qui représente l’espacement de quelques atomes.
« Cryo-EM a récemment fait un bond en avant dans ses capacités », affirme Ahlquist. “Dans cette recherche, notre équipe d’étude a combiné plusieurs percées pour améliorer la préparation des échantillons, l’achat d’images ainsi que le traitement des images, et pour cartographier le placement de noms de domaine de protéines particuliers dans l’installation.”
Les infections à ARN à brin positif résolues dans ce travail sont la plus grande des six classes génétiques de maladies et se composant de nombreux virus vitaux tels que les virus Zika, de la dengue et du chikungunya, ainsi que des coronavirus comme le SRAS-CoV -2, la source de la pandémie actuelle de COVID-19.
Dans chaque virus à ARN à brin positif, la majorité de la génétique virale est consacrée à un seul processus : reproduire le génome à ARN viral.
“Avec cet investissement important de sources, la duplication du génome de l’ARN viral est peut-être l’une des procédures les plus cruciales dans l’infection, et c’est actuellement une cible majeure pour le contrôle du virus”, a déclaré Ahlquist.
Dans une cellule contaminée, la réplication de l’ARN viral se produit au niveau des couches membranaires mobiles modifiées, fréquemment associées à des sphérules, des cloques entraînées par le virus d’environ 50 à 100 nanomètres de dimension. Ahlquist et son groupe ont récemment révélé que dans chacune de ces réplications génomiques compliquées, un duplicata du génome ou du chromosome de l’ARN viral est protégé à l’intérieur du blister de sphérule pour fonctionner comme un modèle de duplication. L’installation de duplication duplique systématiquement ce chromosome d’ARN viral d’archives pour produire de nouveaux génomes lancés à travers un col membraneux sur la vésicule jusque dans le cytoplasme, où ils sont intégrés en tant que transport de nouveaux virions contagieux.
Ces travaux antérieurs ont montré que la protéine virale saine et cruciale qui a déclenché les cloques de duplication et duplique l’ARN viral vit dans une structure en anneau ou en couronne marquante qui repose sur le côté cytoplasmique du col de la sphérule qui se connecte au cytoplasme.
Les images cryo-EM à résolution de toutes les nouvelles et les résultats correspondants indiquent plus que la couronne comprend douze copies de la protéine saine essentielle de réplication de l’ARN viral disposées comme des bâtons dans un tonneau. De plus, les images révélaient des communications similaires à des fermetures à glissière qui agit comme des cerceaux sur un baril pour s’inscrire avec des segments voisins les uns avec les autres pour créer la couronne en forme d’anneau. Ces interactions de fermeture éclair correspondant bien aux communications de multimérisation que le groupe Ahlquist a précédemment cartographiées dans cette protéine.
La protéine saine de duplication de l’ARN viral qui forme la couronne est une protéine substantielle, multidomaines et multifonctionnelle, de près de 1000 acides aminés. Cette protéine contient de l’ARN polymérase et des noms de domaine couvrant l’ARN – deux noms de domaine enzymatiques qui sont enregistrés dans divers virus à ARN à brin positif pour la fabrication de toutes nouvelles copies du génome viral – ainsi que deux noms de domaine pour la multimérisation, les membranes de liaison et diverses autres fonctionnalités.
La manière dont ces noms de domaine sont physiquement disposés dans la structure de la couronne n’est qu’une des préoccupations essentielles pour comprendre les caractéristiques de réplication complexes et faisait également partie des nombreuses motivations solides pour la structure de la couronne haute résolution.
En utilisant une méthode combinant une étiquette génétiquement modifiée et spécifique au site avec un marquage par des particules d’or à l’échelle nanométrique visibles en cryo-EM, les scientifiques ont découvert que l’extrémité polymérase C-terminale de la protéine de duplication de l’ARN viral est placé au sommet de la couronne, laissant le nom de domaine de coiffage N-terminal à l’extrémité du cadre pour se connecter à la membrane.
Cette position apicale de la polymérase a des ramifications mécanistiques importantes pour les premières étapes de la procédure de duplication qui recrutent le modèle de conception d’ARN viral de départ dans le complexe et crée également le kyste de duplication, en plus d’une action ultérieure dans laquelle la mise en page est dupliquée pour créer de nouveaux génomes des enfants doivent être emballés directement dans des particules d’infection transmissibles. Ces résultats prévoient une base solide pour des expériences supplémentaires afin de définir le cadre complexe de duplication et de fonctionner à des degrés encore plus élevés.
“Nous souhaitons continuer à améliorer le cadre de la couronne complexe de réplication de l’ARN pour apporter des raffinements vitaux supplémentaires à l’avenir”, a déclaré Ahlquist. “Nous espérons également faire face aux indicateurs croissants de notre travail selon les changements de conformation de ces saines protéines sont essentiels à leurs multiples fonctions.”
” De telles avancées révéleront dans l’amélioration des informations comment ces complexes s’assemblent et fonctionnent, et donc comment ils peuvent être parfaitement attaqués “, ajoute-t-il. “Ces informations doivent servir de base à de nouveaux dispositifs antiviraux plus puissants.”
Publié à l’origine sur Scitechdaily.com. Lire l’article original.
Référence: “Subdomain cryo-EM structure of nodaviral replication protein A crown complex provides mechanistic insights into RNA genome replication” by Nuruddin Unchwaniwala, Hong Zhan, Janice Pennington, Mark Horswill, Johan A. den Boon and Paul Ahlquist, 20 July 2020, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2006165117
